（系统理论专业论文）基于网络均衡的供应链网络规划研究.pdf

摘要 摘要 供应链是包括原材料采购、运输、加工制造直到送达顾客手中的一系列增值活 动构成的网链结构，在供应链中物流、资金流和信息流贯穿始末。如今，绝大多数 的商品都是由一系列的企业共同生产的，2 1 世纪的竞争不是企业和企业之间的竞争，而 是供应链和供应链之问的竞争因此企业的供应链战略对于企业的成败具有重要的意义。 供应链网络规划是供应链管理的重要组成部分包括确定设施的选址、设施的 数量和设施的参数等等。国内外学者对供应链网络规划的研究做出了大量的工作， 取得了丰富的成果。企业界对供应链的网络规划也表现出前所未有的热情，在当前 的形势下如何把理论研究应用于实际的经济管理中是迫在眉睫的工作 本文详细介绍了供应链网络均衡模型的工具变分不等式理论。并在变分不 等式理论的基础之上，分析供应链网络均衡模型的均衡条件。为利用网络均衡模型 解决实际闻题奠定了坚实的理论基础。本文创新之处在于利用网络均衡模型得到供 应链网络均衡的商品流量和价格，利用所得的均衡价格和流量建立供应链选址模型。 另外，利用网络均衡模型得到的均衡流量和价格估计仓库的容量，并且考虑自建仓 库和租赁仓库之间的选择，更具实用性。在此基础上给出了简单的供应链网络规划 的解决方案。 关键词：供应连管理；网络均衡模型；变分不等式；选址；仓库容量规 划 1 摘要 s u p p l yc h a i ni n c l u d i n gt h e r l l wm a t e r i a lp u r c h a s i n g ，t r a n s p o r t a t i o na n dp r o d u c t i o ni s an e t w o r ks t r u c t u r e c o m m o d i t yf l o w , c u r r e n c yf l o wa n di n f o r m a t i o nf l o wp a s st h r o u g h t h ei , c g i l m i n gt oe n di ns u p p l yc h a i n n o w a d a y s ，m a j o r i t yc o m m o d i t i e sa i ep r o d u c e db ya s e r i e so fe n t e r p r i s e st o g e t h c ri ns t e a do fo n e i n2 1 s tc e n t u r y , o o m l c t i t i o n sa m o n gt l a e c n l c r p t j $ w i l lb er e p l a e e a tb yc o m p e t i t i o n sa m o n gt h e i rs u p p l yd l a j l l s t h o r e f o r e ，s u p p l y c h a i ns t r a t e g yh a st h ev i t a ls i g n i f i c a n c et oc o m p a n i e s s u c c c s so rf a i l u r e s u p p l yc l l a i l l n e t w o r kp r o g r a m m i n gw h i e l ac o n s i s t so fc s t a b l i s l a m e n tl o c a t i o n p r o b l e m , t h en t t m b c ro ft l a ee s t a b l i s l a m c n t sa n dp a t a m c t c r so ft h ee s t a b l i s l a m c n ti sa l l i m p o r t a n tp a r t i nt l a c $ 1 r a t e g yd e c i s i o n - m a k i n gp h a s co fs u p p l yc l l a i n s c i e n t i s t si n d i f f e r e n tc o t m t r i c sh a v ed o n em u e l ar c s e a r c l a 缸t h i sf i e l da n da e l a i e v c dal o ti nt h e s ey e a r s m a n a g e r s 批a l s oi n t e r e s t e d i nt l a en e t w o r kp r o g r a m m i n g t h e nh o wt oc o m b i n et l a c t h e o r ya n da p p l i c a t i o ni st h em o s ti m p o r t a n tw o r kw en c c dt o 面n o w t h ev a r i a t i o ni n e q u a l i t yt h e o r yw l a i e hi st h et o o lt or e s o l v et h en e t w o r ke q u i l i b r i u m m o d e lh a sb e e ns h o w ni nt h i sa r t i c l e b a s i n go nt h ev a r i a t i o ni 玳q u a l i t yt h e o r y , w e a n a l y z et h ee q u i l i b r i u me o n d i t i o no ft h es u p p l yc h a i nn e t w o r ke q u i l i b r i u mm o d e l t h e s e a a l lt h eb a s e m e n to ft h es u p p l yc h a i nl l c t w o r ke q u i l i b r i u mm o d e lr e s o l v i n gt h ea e t t l a l l m r o b l c m s t h ei n n o v a t i o no ft h ea r t i c l ei st ou t i l i z et h ee q u i l i b r i u mf l o w sa n dp r i c ei nt h e n e t w o r kt of o r e c a s tt h ep r o f i t w b 锄m o d e lt l a cl o c a t i o np r o b l e mb a s i n g0 1 1t h e e q u i l l b r i u mf l o w sa n dp r i c e a n o t h e ri n n o v a t i o no ft h i sa r t i e l cj st ou 坷i z et h ee q u i l i b r i u m f l o wa n dp r i c ei nt h en e t w o r kt o 髂t i m a t ct h ec a p a b i l i t yo fw a t e l a o u s e a n di n a k ca d e c i s i o nw h e t h e rb u i l d i n gw a l - c h o u s eo rr e n t i n g b a s i n g0 1 1t h ea b a v et w o 嬲p c 哟，w e c o n c l u d eas e h c m eo fn e t w o r k p r o g r a m m i n g a tl a s t k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i ni n a t a g e m e n t ；n e t w o r ke q u i l i b r h m am o d e l ；v a r i a t i o n a l i n e q a l a n t y ；i o e a t t o n ；w a r e h o u s ee a p a e i t yp 如掣m m 面n g u l 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文 中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论 文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：曦屋翻日期：砂7 年月t i 曰 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本 人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单 位仍然为青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密醇 ( 请在以上方框内打“” ) 论文作者签名：二蠡琢翔日期：h 叮年f 月一。日 导师签名：猪弦日期：) o 夕年月，暑日 。 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 随着社会经济的发展，企业间的竞争越来越激烈，企业为了能在竞争中占据优 势地位，企业正在千方百计挖掘各方面的潜力。但是企业问生产效率和技术水平差 距却越来越小，企业怎样才能建立优势成为一个必须面对的问题，在这样的背景下， 物流与供应链越来越受到广大理论研究者和企业管理人员的重视，日益成为企业新 的利润增长点。这里我们所指的供应链，包括满足顾客需求所直接或间接涉及的所 有环节供应链不仅包括制造商和供应商，而且包括运输商、仓库、零售商和顾客。 在每个组织机构内部如制造商，供应链包括满足顾客需求的所有职能部门这些职 能部门包括新产品开发、市场营销、经营、分销、融资和顾客服务，但不仅限于此1 1 1 另一方面，随着社会的进步，社会分工越来越细，极少有企业能在其所生产的产品 涉及的所有领域都占有优势，所以绝大多数的产品都是由供应链上众多企业合作生 产的，所以商品的竞争实际上这种商品背后的供应链的竞争。由于这两个客观的原 因，供应链不论是在学术界还是企业界都受到了前所未有的重视。 下面我们看一个供应链的例子一位顾客走进沃尔玛超市购买一支牙膏。供应 链式始于顾客对牙膏的需求。下一步就是该顾客所光顾的沃尔玛超市，沃尔玛货架 上的商品来自它的库存，库存可能由沃尔玛自营的成品仓库或分销商提供，而分销 商的商品则由制造商( 如宝洁) 提供。制造商宝洁从各种供应商处获取原材料，而 这些供应商的商品则由上游供应商提供，这样就形成了一条供应链。供应链是一个 动态系统，它包括不同环节之间持续不断的信息流、产品流和资金流。供应链的每 个环节都执行不同的程序，并与其它环节相互作用、相互影响。沃尔玛向顾客提供 产品，同时标出商品价格和使用信息，顾客向沃尔玛支付货款。沃尔玛将超市信息 及补充订单传给分销中心，分销中心又将补充订单随同送货车返给沃尔玛商店。沃 尔玛在补充订单完成后把货款转发给分销商，分销商也向沃尔玛提供价格信息和送 货日程。类似的信息流、货物流和资金流发生在供应链的全过程。 一 上述例子表明，顾客是供应链中一个不可或缺的组成部分。任何一个供应链存 在的主要目的，都是为了满足顾客需求，并在这一过程中赢利。供应链活动从顾客 订购开始，并在心满意足的顾客为他或她的采购活动付款结束。供应链一词魔术般 地树立起产品或供给的形象，并沿着供应商制造商分销商零售商 顾客这个链条传播。重要的是他直观显示了供应链上信息、资金和产品的双向流动。 青岛大学硕士学位论文 供应链一词还暗示着每一个环节只涉及一个主角。而在现实中，制造商可以从多个 供应商处获取货物，然后提供给几个分销商。因此，使用供应网络一词阐述大多数 供应链的结构会更贴切 目前关于供应链方面的研究已经很多，不仅包括供应链的所有环节，并且涵盖 了各行各业的供应链。像在库存管理和生产调度这些方面，研究已经取得丰富的成 果，并且在实际的经济生活中得到了良好的应用。但是供应链强调的是对整个企业 链协调与整合，把供应链作为一个系统来获得最大的效益，所以供应链管理重在把 各个企业和各种因素整合成一个整体。实际的情况是，整体研究供应链的文章相对 来说并不多，而且理论深度也不够。没有理论的支持，必将阻碍供应链管理在实际 应用中的发展，由此可见我们必须加强对供应链的整体研究，以便在实际中指导管 理工作。 物流管理是现代供应链管理思想的起源，同时也是供应链管理的一个重要组成 部分。企业物流管理是西方现代管理的重要组成部分，经过半个多世纪的发展演变， 在美国等西方发达国家己经形成了完整的体系。无论从概念定义，还是从思想内涵 来看，以微观企业为研究对象的企业物流管理与我国国内传统的以社会物资储运为 对象的。宏观物流”有着天壤之别，已成为真正意义上的“第三利润源泉”。经过 几十年的发展，美国、日本和欧洲的物流业已经比较完善和成熟，不仅大大的提高 了企业的竞争力更是极大的节约了社会资源，同时也给消费者带来了实在的利益。 在这几个发达地区，供应链的观念己深入人心，理论经过数十年的发展已相当成熟， 基础设施完善各种技术先进，人才充足。但是我国在这方面总体来说比较落后，我 国的在世界经济全球化、中国经济国际化的历史背景下，学习借鉴西方先进的管理 经验，提高企业自身的竞争能力以应对挑战，己为国内越来越多的有识之士所认同。 中国物流与采购联合会会长陆江也说过：物流现在在我国很热，一是经济结构调整的 需要，二是流通方式创新的需要，三是经济全球化发展的需要 物流网络规划是供应链中的一个基本问题，涉及到供应链管理的战略层、规划 层和操作层。而物流系统的绩效在很大程度上取决于其物流网络规划的好坏，物流 网络设计的不合理将会导致设施选址、需求分派、存货水平设定，运送方式和路线 选择等的不当，从而客户服务水平达不到要求，结果造成物流对企业利润的贡献低 于应有的水平。而网络一旦确定再次改变的成本将相当大，所以说网络规划是非常 重要的。当前，我国企业物流成本过高，企业物流设施落后是一个重要原因，但同 时，这些设施资源的利用率却很低下。究其原因，物流网络没规划好，没有实现物 流网络的合理化是重要的一方面企业在规划物流网络时缺乏理论的指导，很多时 候是凭借主观的判断确定设施的位置，然后根据设施位置设计运输网络虽然这种 方法简单易行，但是往往造成较高的风险和成本，使企业遭受难以挽回的损失。加 2 第一章绪论 强这方面的理论研究，并且使研究更接近实际经济生活应该是我们的工作重点。 1 2 论文的选题 本文选题以供应链的整体性和系统性为指导思想，在特定的经济系统的环境下， 利用供应链网络均衡模型解决供应链的网络规划问题。这里以经济学中的均衡理论 为依据，建立供应链网络模型，兼顾了研究的实用性和系统性，为现实中的供应链 管理提供强有力的指导。 1 3 研究动态 供应链管理中的一个基本的问题是网络规划问题，网络规划的主要任务是确定 产品从原材料起点到市场需求终点的整个流通渠道的结构。包括物流设施的类型、+ 数量与位置、设计容量，设施所服务的顾客群体与产品类别，以及产品在设施之阿 的运输方式等。在供应链的设计过程所要处理的是设施的选址，在供应链的具体运 营和控制中要处理运输网络设计等问题。在处理这些问题时必须充分考虑空间和时 间两方面的因素。空间方面是指工厂、仓库、零售点等设施的选址，时间问题是指 商品的可得性以迎合顾客的服务目标。这两个方面就是问题主要的限制因素。 网络规划涉及到供应链管理的战略层、规划层和操作层，是一项综合复杂的工 作。而在网络规划中可以量化并且可以用数学模型解决的主要包括：一是适应企业_ 市场需要的物流设施( 如仓库、工厂、港口、供应商、零售店) 的数耳、位置、规模 及其与上下游结点之间的归属划分，这是企业物流网络规划中最基础和最重要的部 分；二是物品从产地经中间节点( 特别是仓库) 至销售地之间的配送线路优化。运送路 线的选择和确定是一个复杂的数学、经济和管理问题，要用到运筹学、应用数学、 组合数学、图论与网络分析、物流科学、成本管理、计算机应用等科学和理论，一 直受到运送计划制定者和管理者的极大重视，成为运筹学与组合优化领域的前沿与 研究热点问题。各学科专家对该问题进行了大量的理论研究及实践分析，取得了很 大的进展。以下是对网络规划研究现状的简述。 1 3 1 国外文献综述 在网络规划方面，国外已经进行了比较充分的研究。b t a m e l 提出了三个模型来 解决f l p 经典案例。 1 第一个叫做p _ 中值问题，它解决的是从m 个被选地址中对p 个相同的仓库进 3 青岛大学硕士学位论文 行最优选址的问题。这些仓库必须从n 个零售商那里接受订单。该模型不考 虑建造费用，以及各个仓库的容量问题。 2 第二个问题叫做c f l p ( 有容量限制的设施选址问题) 。这种例子中，仓库的 数目是变量，并且每个仓库也有容量限制，也有建造费用。 3 第三个模型叫做配送网络系统设计问题( d s d p ) ，它解决的是带有固定容 量的多工厂问题，其中工厂的数目和位置都是固定且已知的，并且它考虑 的是k 种不同的产品，而不像以前的模型都是考虑单一产品【2 1 d a s k i n 开发 出一种类似但对物流网络设计问题有着更深的认识的模型这些模型被用 于设计配送网络，但是他们相同之处在于每个人都只是考虑到战术决策， 诸如库存控制，服务水平，车辆路径优化决策等。因此这些模型都把诸如 设旌选址决策等战略问题与战术和操作性议题相不关联，不纳入一起考虑 ( 3 l 。 n o z i c k 推出一种基于c f l p 的模型，该模型包含着覆盖( c o v e r i n g ) 限制，也就是 说即使是最小的需求也要有一个仓库来满足。这个标准规定，如果并且只有当一个 顾客位于某一个仓库一定距离内时。这个顾客就要由这个仓库来覆盖。这个模型允 许考虑由顾客所感知到的服务水平，服务水平是根据时间和距离来衡量的，但他不 考虑持有成本，并且它不能够考虑以有效完成需求为衡量标准的服务水平1 6 l 。 m e r o 协提出一个包括了运输网络设计和设施位置问题的一体化模型。除了f l p 的标准方面，这个模型必须考虑到移动节点，以找出用以运输产品的弧线。在某些 实际情况下，与设施选址决策相比，这些弧线被认为是战术性决策，因此，其模型 将战术性决策纳入一个f l p 模型中，而对库存控制决策依然未加考虑【5 l 。 就库存管理来说，w i n s t o n , s i m c h i l e v ic t ，b o w e r s o x ，a n d e r s o n 和c o y l c 提出库 存控制的基本模型，现在这个模型己被大多数商业软件所用。在其作品中，经典的 e o q 模型，及其典型的变异( 批量价格折扣，连续生产或补给率，等等) 都被引入 p o r t e u s ( 1 9 9 0 ) 展示了一组基于经典的报童问题( n e w s v e n d o r p r o b l e m ) 模型，该模型 考虑到了类似于普通概率分布的随机需求问题，如果出现需求得不到满足的情况， 将会有惩罚成本。设定了订购批量，这样能够最小化订购成本，持有成本和未满足 需求的成本。此外，考虑到初始库存和部分积压订单情况，这些模型仅为单个阶段 开发。包括w i n s t o n ( 1 9 9 7 ) , s i m c h i l e v ic t ( 2 0 0 0 ) ，b o w e r s o x c ta 1 ( 1 9 9 6 ) ， a n d e r s o n ( 1 9 9 4 ) 和c o y ke t a l ( 1 9 9 2 ) p o r t e u s ( 1 9 9 0 ) 在内的著作只考虑到单个选址问 题，并且其问题所假设的需求和服务水平都不依赖于分配到该位置的顾客r 巧。 c a c h o n 和a x s a t e r 开发出一种确切的方法来为一个两阶段供应链( 一个仓库，多 个零售商系统) 衡量系统的成本，该方法分别考虑到了阶段性回顾和连续回顾的情 况这些方法将订购数量，重新订购点作为固定参划7 1 分析了一个包含供应流程， 4 第一章绪论 制造阶段和终端顾客的复杂网络，针对服务终端顾客的站点，因为有着既定的服务 水平，他为网络的每一个位置确定了重新订购点。对于任何一个既定的重新订购点， 这个模型将整个系统的持有成本最小化，并且允许确定服务水平。在模型中，该站 点允许无穷服务点队列，其需求服从复合泊松过程，随机的服务时阃可以通过每个 站点的订购流程来推断。该模型考虑了更多一般假设和更多复杂的网络。但是，在 顾客的分配和仓库的建造费用方面，网络不能修改。因此，和其它类似的交互一样， 设施选址和库存控制决策中的交互就不能建模i 删。 1 3 2 国内文献综述 在国内方面，黎青松、杨伟认为配送网络规划是配送系统规划的一部分，他们 认为单一的选址模型无法反映配送网络内部的分工，不能区别内部不同的个性他 们提出分层规划的思路和模型体系，以使企业规划的配送网络与企业发展战略和市 场特性结合更为紧密。之后他们又在网络零售配送系统最优运作成本分析f ：文。 中，在车辆路径渐进最优理论的基础上，针对配送运作成本的关键部分平均运距做 出的估计，从经济的角度对运作策略作了简要的分析1 1 0 j 。 ， 李宗平研究了一个物流系统规划中的配送系统优化模型，即如何在同时考虑库 存和运输费用的前提下为主一个供货方和多个需求方组成的配送系统( 系统特征为 需求方具有随机需求目保有库存，供货方为所有需求方配送货物) 建立数学模型i 。 徐广印、曾现洋、崔岩在一篇文章中对物流及物流配送系统的最优化技术的基； 本思想作了初步的分析，并重点对最优化技术在物流配送系统的范围设计问题中的 应用进行了研究，为配合最优化技术在战术层次上更好地运作，又提出了必须相应 实施的集散一体化战科1 2 1 。 孙会君、高自友针对现代配送的工作量和复杂程度的增大，认为要发挥物流系 统的全部功能就要从系统的角度对其进行合理规划。他主要从配送设施选址规划， 货物分拣配载规划，配送路线规划这三方面分别进行合理规划i 切。 李延晖，马士华，刘黎明认为设计配送系统时，不仅要满足系统的总费用最小， 还要满足各需求点对时间的要求他们建立了能够考虑到时间约束的配送系统模型 【1 4 1 一 总之，网络规划是一个复杂的系统问题，涉及到供应链的各个层次，而本文的 重点在于分析解决网络规划中的主要问题选址问题。关于选址问题的研究已经 很多，但是很多文章都把选址简单的看成一个战略问题，在解决的时候仅仅考虑运 营成本、服务水平和运输成本因素。网络的设计模型应能全面地反映选址决策货运 决策和库存决策这三者之间的交互作用关系，要能够全面地对选址成本、货运成本 青岛大学硕士学位论文 和库存成本进行综合的权衡分析。以前研究的另一个问题是考虑的情况比较单一 可以举个例子来说明单一的含义：很多的选址模型都是决定在某个点是否建立仓库， 没有权衡是否应该租用，二者在现实经济生活中是十分必要的。这种单一的结果就 是模型的实际利用价值不大。所以本文的立意在于：选址模型考虑运营因素，并融 入现实的情况，使模型更加实用化。 1 3 3 关于选址问题的重要思想及研究方法1 1 5 j 许多选址问题的早期理论是由土地经济学家和区域地理学家提出的，如杜能 ( j o h a ny o nt h u n e n ) 、阿尔弗雷德、韦伯( a l f r e dw e b e r ) 、帕兰德( t p a l a n d e r ) 、 爱德加胡佛( e d g a rh o o v e r ) 、梅尔文格林哈特( m e l v i ng r e e n h u t ) 、沃尔特艾萨 德( w a l t e ri s a r d ) 。运输成本在选址决策的重要作用是贯穿所有这些早期研究的共 同主题。尽管大多数研究是在农业和早期工业社会条件下进行的，他们所提出的许 多概念一直沿用至今 ， ( 1 ) 地租出价曲线( b i d - r e n tc u r v e s ) 杜能认为，任何经济开发活动能够支付给土地的最高地租获利润是产品在市场 内的价格与产品运输到市场的成本之差。他将理论形象的表述为平原上孤立的城邦 ( 市场) ，城邦附近的土地肥沃程度是一致的，各种经济活动将根据其支付地租的 能力分布在城邦周围。价格与运输成本大的产品的生产就会离城邦越近，如今，当 我们观察围绕城市中心环形分布的零售、居住、生产制造和农业区时，会发现这一 点仍然使用。那些支付最高地租的经济活动将分布在距离城市中心最近的地区，以 及主要运输枢纽的周边地带。 ( 2 ) 韦伯的工业分类 韦伯认识到原材料在生产过程中所起的作用及其对选址的影响，他观察到有些 生产过程是失重的( 如炼钢) ，即原材料的重量大于成品的重量。由于生产过程中 存在毫无用处的副产品，所以重量损失了因此，为了避免将副产品运到市场，这 些生产过程趋向于接近原材料产地，以使运输成本最小。另一方面，有些生产过程 则可能增中，这样的生产过程就应该尽量靠近市场。 ( 3 ) 胡佛的递减运输费率 胡佛观察到：运输费率随着距离的增加，增幅下降。如果运输成本是选址的主 要决定因素，要是内向运输与外向运输的总成本最小，位于原材料产地和市场之间 的设施必然可以在这两点至中找到运输成本的最小点。 目前已有的研究方法： ( 1 ) 精确法 6 第一章绪论 精确法是指能够保证得到选址问题的数学最优解的方法，或者至少是精确度已 知条件下的解。精确法在许多方面堪称解决选址问题的理想方法，但该方法将导致 计算过于复杂，且在实际问题时会有一些问题定义似是而非。 ( 2 ) 多重心法 如果我们再多点布局时使用精确重心法，就会发现多设施选址问题的特点。多 重心法的一个方法是把相互间距离最近的点组合起来形成群落，找出各群落的中心 位置，然后将各店重新分配到位置己知的仓库，找出修正后的各群落新的重心位置， 继续上述过程直到不再有任何变化。这样就完成了特定数量仓库选址的计算。 ( 3 ) 混合整数线性规划 混合整数线性规划是商业选址模型中最受欢迎的方法，主要优点是能够把固定 成本以最优的方式考虑进去。线性规划在整个网络需求分配过程中的优势是众所周 知的，但是除非利用个别问题的特殊属性，否则计算机运行的时间将很长，需要的 内存空间也非常大在这里我们就不具体介绍了。 ( 4 ) 模拟法 虽然真正提供数学最优解的选址模型看起来最好。但要记住针对实际选址问题 的最优解可能并不比模型对问题实际情况的描述更好。况且，这样的优化模型通常 很难解，需要许多管理人员掌握他们并不具备的指示：模拟法与算术法不同，他要： 求分析人员或管理人员必须明确网络中需要的特定设施。根据被挑选出来等待评估 的个别仓库及其分配方案判断这是最优的，还是接近最优的选址方式。算术法寻求 的是最佳的仓库数量、最佳的位置、仓库的最佳规模，而模拟法则试图在给定的多“ 个仓库、多个分配方案的条件下反复适用模型找出最优的网络设计方法。 ( 5 ) 启发法 启发法可以指有助于减少求解平均时间的任何原理或概念。虽然启发法不能保 证一定能找到最优解，但由于使用该法带来合理的计算时问的要求，可以和好的应 用于实际情况，可以得到质量满意的解。库恩和翰伯格建立的启发法是一种用于残 酷选址的经典方法，一直沿用至今，已成为仓库选址的常用方法其他的例子还很 多。 1 4 供应链网络均衡模型的研究现状 供应链网络均衡模型是研究供应链的一种比较新的工具，这种思想源于微观经 济学中的均衡理论目前这种工具在供应链研究中运用的越来越广泛，国内外学者 在这方面也取得了很多的成果。平衡的概念被用于供应链网络设计可以追溯到1 9 世 纪，c o u r n o t 和n a s h 用模型模拟了生产商之间相互竞争的行为，到了2 0 世纪，纳什均 青岛大学硕士学位论文 衡已被广泛运用于供应链网络设计中，1 9 8 6 年t o b i n 和f r i e s z 把空间平衡的概念用于 供应链网络模型中，接着f r i e s z 等人分别在1 9 8 8 和1 9 8 9 年，m i l l e r 等人在1 9 9 2 年都 把空间均衡的概念用于生产商选址问题中消费者的稳定需求能被表示成著名的空 间价格均衡的条件。n a g u m c yc ta 1 在调查了供应链分散模型中的三种不同决策者的 角色和关系后，研究了均衡的条件进而研究它们的行为。假设顾客的需求可以用确 定性的函数表示，建立供应链的网络均衡模型。进而提出这个网络均衡模型可以用 变分不等式表示。首先通过均衡网络概念，运用变分不等式方法同时考虑了供应链系 统中各层市场成员的个体独立决策行为以及与网络成员之间的交互影响，建立了多 层供应链网络均衡模型舻埽l 。n a g u r n e y 提出了包含制造商、零售商和消费者的三层 的一个供应链均衡模型，在这个模型中确定了反映决策最优的均衡条件并把这种市 场均衡条件表达成一种统一的变分布等式的形式后来又把b t o b 和b t o c 形式的电子 商务引入供应链均衡模型l 埘。d o n g 提出了一种多决策标准的供应链网络均衡模型和 计算方法。n a g u r n e y 和d o n g 给出了模型的一些其他背景和在金融和交通运输中的应 用 2 0 1 。d o n g 和n a g u r n e y 提出了在随机需求条件下的供应链网络均衡模型【2 l l 。关于供 应链均衡模型的研究可概括：研究系统均衡的前提下，把网络均衡模型应用到解决 各类的网络问题，其中包括供应链网络问题。 国内杨跃翔和夏国平研究了在电子商务环境下产品存在现货市场时，由供应商和 制造商组成的两层供应链网络在两阶段交易情况下的均衡问趔2 2 l 。模型考虑了供应 链同一层次企业问存在竞争和不同层次企业间存在交易成本的情况，研究了两阶段 交易网络均衡问题。 8 第二章供应链的基本知识 2 1 什么是供应链? 第二章供应链的基本知识 供应链的概念最早出现在2 0 世纪8 0 年代左右，但到目前为止没有形成统一的定 义。l i nf r 等认为供应链是包括供应商、制造商、销售商在内，涉及物流、资 金流、信息流的企业网络系统 z 3 1 。s t e v e n s 认为，供应链是通过价值增值过程和分销 渠道控制从供应商的供应商到用户的整个过程，它始于供应的源点，终于消费的终 点【2 4 l 。c h r i s t o p h e r 认为，供应链是一个组织网络，所涉及的组织从上游到下游，在 不同的过程和活动中对交付给最终用户的产品或服务产生价值l 圈。蓝伯雄认为，供 应链是原材料供应商、零部件供应商、生产商、分销商、零售商、运输商等一系列 企业组成的价值增值钳硐。陈国权认为，企业从原料和零部件采购、运输、加工制 造、分销直至最终送到顾客手中的这一过程被看成是一个环环相扣的链条，这就是 供应链唧 这里我们的观点是：供应链包括满足顾客需求所直接或间接涉及的所有环节 供应链的概念主要包括以下几个方面：l 供应链参与者：供应商( 原材料供应商、零 部件供应商) 、生产商、销售商、运输商等。2 供应链活动：原材料采购、运输、加 工制造、送达顾客。3 供应链的三种流：物流、资金流和信息流。4 供应链的拓扑 结构：网络、链条、网链。由此可以看出，供应链可以看成是包括原材料采购、运 输、加工制造直到送达顾客手中的一系列增值活动构成的网链结构，在提供这些活 动的供应商( 原材料供应商、零部件供应链) 、生产商、销售商、运输商之间物流、 资金流和信息流贯穿始末。 每一条供应链的目标都是整体价值最大化。一条供应链所创造的价值，就是最 终产品对于顾客的价值与供应链为满足顾客的需求所付出的成本之间的差额。对于 大多数商业供应链来说，他们的价值与所谓“供应链赢利”有很大的关系，供应链 赢利就是从顾客那里赚取的收入与供应链的全部成本之间的差额。例如，一位顾客 从海尔专卖店里以2 0 0 0 元购买了一台电视机，2 0 0 0 元就是供应链取得的销售收入 海尔与供应链上的其他环节在信息传递、配件生产、仓储、运输、资金转移等活动 上要付出一定成本。顾客所付出的2 0 0 0 元减去供应链上的为了生产、批发计算机所 花费的所有成本之和就是“供应链赢利”作为全部利润之和，它将被供应链的各 个环节分享。供应链赢利越高，这条供应链就越成功。成功与否应该根据“供应链 赢利”而不是每一环节的赢利来衡量。如何合理的管理供应链的信息流、物流和资 9 青岛大学硕士学位论文 金流，是供应链取得成功的关键。 2 2 供应链的决策阶段 成功的供应链需要做出许多与信息流、产品流和资金流相关的决策。根据做出 决策的频率和一个决策所起作用的持续时问，可以把这些决策分为三个阶段。 2 2 1 供应链战略 在这个阶段，公司要决定如何构建供应链，既确定供应链的结构和每个环节必 经的流程。这一阶段做出的决策是供应链决策中的战略性决策。公司做出的战略性 决策包括生产地点、生产能力、仓储设施、在不同地点生产或储存的产品、沿不同 路线的运输方式、使用信息系统的类型等的决策。一个公司必须保证整条供应链的 结构支持这一阶段的战略目标。 2 2 2 供应链规划 在规划阶段，公司将制定一套运营政策用以控制短期运营。对于这一阶段制定 的决策来说，供应链的结构在战略决策阶段已经确定从而固定不变。这种结构决定 了公司制定什么样的规划。公司从预测不同市场在下一年( 或一定可比时间) 的需 求和入手制定规划，它包括根据以下方面所作的决策：供货地点、库存的增加、生 产的转包、补充和仓储政策，为防止仓库容量不足制定的后备库存政策，促销时机 和规模政策等。在规划阶段，公司必须考虑在这段时间里需求、汇率、竞争等因素 的不确定性。如果公司能在更短的时间内给出比设计阶段更准确地预测，那么它就 必须竭尽全力在规划阶段体现设计阶段给供应链带来的不确定性，并利用这种不确 定性使公司业绩在短期内达到最佳。 2 2 3 供应链运营 在这一阶段( 时间范围是一周或一天) ，公司针对每个顾客的订单制定运营决 策。在运营阶段，供应链的结构是固定的，规划政策也已经确定。供应链运营的目 标，是以一种尽可能好的方式来实施这种运作政策。在这一阶段，公司将把单独的 订单分配给仓储或生产部门，规定订单完成的时间，确定仓库的库存清单，按运输 方式分配订单，规定送货车量的运输日程，并制定补充订单。由于运营性的决策是 短期内做出的，需求信息的不确定性会少一些。运营阶段的目标，就是减少不确定 第二章供应链的基本知识 性，同时使供应链在结构和计划政策限定下的运营业绩最佳 供应链的设计、规划和运营对于整体的赢利和成功有很大的影响。 2 3 供应链流程分析 供应链就是不同阶段出现的一连串的过程和流动，它们组合起来用以满足顾客 对一种产品的需求。下面介绍供应链流程分析的两种不同方法。 2 3 1 供应链流程的环节分析法 图1 1 供应链流程的环节分析法 我们将供应链流程分解为一系列的环节，每一个环节用来连接供应链中两个相 继出现的阶段。如图1 1 所示，所有的供应链流程都可以分解成为以下4 个环节： 顾客订购环节 l l 圆圈团 团 团 青岛大学硕士学位论文 补充库存环节 生产环节 获取环节 每个环节出现在供应链中两个相继阶段之间的界面处。供应链有5 个阶段，因 此有4 个供应链流程环节。并不是每一个供应链都有界限清晰的所有4 个环节。供 应链流程的环节分析法对提高决策的可操作性很有帮助，因为它清楚的界定了供应 链中每个成员的角色和责任，以及每一过程的预期结果。 2 3 2 供应链流程的推拉法分析 依据其相对于顾客需求的执行顺序，供应链上的所有流程可以分为两类：推动 流程和拉动流程。对顾客订单的反应启动拉动流程；对顾客订购预期的反映启动推 动流程。在拉动流程执行过程中，需求是已知的、确定的：而推动流程执行过程中， 需求时未知的，因而必须进行预测。由于拉动流程是对顾客需求的反应，因而也可 以被视为反应性流程；相应的，推动流程可以被视为推测性流程，因为他们是依据 预测进行的，而不是对顾客实际需求的反应。供应链上的推拉边界将推动流程和拉 动流程区别开来。例如，在戴尔公司，p c 机组装线的起点就代表推，拉边界。个人 电脑组装前的所有流程是推动流程；而所有组装过程中和此后的所有流程均是对顾 客需求的反应，因而是拉动流程 当考虑与供应链设计相关的战略决策时，供应链的推拉法分析非常有用。由于 供应链流程与顾客订购有关，推，拉法分析要求进一步地从全球化角度考虑问题。 2 4 供应链的重要性 供应链的设计和管理与供应链运营成功与否密切相关。戴尔计算机公司是运营 商品供应链来支撑其竞争战略的一个成功案例 戴尔的成功很大程度上归功于其供应链一产品流、信息流和资金流的管理方 法。戴尔公司的基本供应链模型是面向顾客的直销。由于越过分销商和零售商，戴 尔公司的供应链只有三个环节：顾客、制造商和供应商。由于戴尔公司直接和顾客 接触，因而有能力更好地将顾客进行分类，分析每个顾客群的需求及赢利空间。站 在运营的角度看，库存出清周期是戴尔公司密切关注的一个关键性运营指标。频繁 的信息交流过程促进了戴尔供应链的成功。低水平库存还有助于确保大批产品的质 量。戴尔还从第三方供应商处寻求服务和支持，为了确保高质量的服务，戴尔公司 安排服务人员在顾客要求的零部件送达时也抵达顾客处。信息流和原材料流的协调 第二章供应链的基本知识 降低了高质量服务的成本。显然戴尔公司的供应链设计及恰当的产品流、信息流和 资金流管理是公司运营成功的关键。这种方法使戴尔公司在个人电脑行业中处于极 有利的地位。如果个人电脑行业的产品性能普遍较好，那么，竞争就集中在所提供 的服务和供应链效率上。 第三章变分不等式理论基础 第三章变分不等式理论基础 3 1 变分不等式问题 定义3 1 ( 变分不等式) 有限维变分不等式问题，玎妒，鬈) ，就是确定了向量石e k c r 。满足 f ( 工) ，x - - x ) ，o , v x e k ， ( 3 1 ) k 是已知的闭凸集，f 是k 映射到彤的连续方程。 实际上，很多数学问题可以表示成变分不等式问题，下面就给出实例。 系统方程 因为市场平衡的条件就是总的需求等于总的供给，所以经典的经济均衡问题可 以用系统方程来表达。根据变分不等式原理，系统方程的描述如下： 命题3 1 假设k = 彤 f ：f 一彤是一个给定的方程，向量x 彤是变分不等式 玎但，r 。) 的解当且仅当f ( 工) = 0 。 证明：假设f ( 工) = o ，那么不等式3 1 成立；相反，如果x 满足( 3 1 ) ，让x = 石f ( x + ) ， 那么 ( f ( 工) ，彳( 工) ) o ，或者一p ，( 工) p o ( 3 2 ) 所以f ( 工+ ) 卸。 最优化问题 最优化问题由目标函数和约束条件两部分组成，最优化问题又分为最大化和最 小化问题。目标函数可以是利润、成本、市场占有率和投资风险等等。可能的约束 条件包括预算或者资源，变量的非负限制和守恒方程等。一般情况下，一个最优化 问题包含个目标方程。 命题3 2 假设，是以下最优化问题的解： 青岛大学硕士学位论文 m i n i m i z e l ( x ) s t ： x k ( 3 3 ) 其中，( x ) 是连续可导的，k 是闭凸集。那么x 是变分不等式的解 ( v r ，( 石) r ，工一工) 2 0 ；v x e k ( 3 4 ) 证明；让妒o ) - l ( x + t ( x - - x ) ) ，对于f 【o 1 】因为驴( f ) 在f 卸时达到最小值， o s ( o ) 一( w ( 石) ，工一x ) ，就是说，x 是( 3 4 ) 的一个解。 命题3 3 假设1 ( x ) 是凸函数并且是 ( v ，k ) 的一个解，那么x 最优化问题( 3 3 ) 的一个 解。 。 证明略( 详细证明见文献1 3 3 1 第7 页) 。 如果可行集置- f ，那么约束优化问题也是一个变分不等式问题。 另一方面，如果特定的对称条件成立，变分布不等式问题表示成最优化问题 换一个说法，在方程的雅克比矩阵对称的情况下，均衡条件和变分不等式问题是一 致的，均衡问题的解和变分不等式的解是一样的。 定义3 2 掸万的矩阵m o ) ，它的元素是b ) ，l - 1 ，彤j - 1 ，刀是定义在sc r 。函 数，是半正定的如果 v r m ( x ) v = 0 , v v e r ，x e s 是正定的，如果： v r m ( x ) v 0 , v v 一0 ，y 尺。，x e s 是强正定的，如果： v r m ( x ) v 七口p v 2 e 其中a o , v v - r ，x e s 令r ( x ) 为最小的特征值( 1 ) m ( x ) 是半正定的当且仅当r ( x ) 2 0 ，对于任意的善s 。 ( 2 ) j i ，扛) 是正定的当且仅当r ( x 卜o ，对于任意的x s 。( 3 ) m b ) 是强正定的 当且仅当r ( x ) 毫口，o ，对于任意的x s 第三章变分不等式理论基础 定理3 1 假设，o ) 是在k 上是连续可微的，雅克比矩阵 堑l 堕 6 气d v f ( x ) - - i m 堡l 监 6 毛6 对称的且正定的，那么存在一个实向量函数，：k 一只1 满足v ，b ) - f b ) ，变分 不等式w ( ，k ) 的解x 也是以下数学规划问题的解： 一 m i n